电流对GH4169合金电渣重熔凝固过程参数影响的数值模拟研究

本文借助模拟软件MeltFlow,模拟了GH4169合金电渣重熔凝固过程参数的变化,分析了电流变化对凝固过程参数的影响。模拟结果表明:凝固过程参数随电流的增大逐渐减小,且电流为4kA后基本不产生变化;凝固过程参数沿重熔锭中心至边缘随冷却速率增大逐渐减小;局部凝固时间、二次枝晶间距、Rayleigh数变化趋势一致,在判断凝固组织优劣方面是等同的;且电流增大到一定程度后,凝固过程参数与电流无关;计算模拟结果与实验结果吻合良好,能够预测不同工艺条件下缺陷的产生及程度,能够设计和优化现有的工艺并改进钢锭质量。

调整功率对电渣重熔(ESR)熔池深度的影响

通过Φ10 0× 35 0 (mm)结晶器 16 0kW电渣炉 ,70 %CaF2 +30 %Al2 O3(ANF 6 )重熔渣 ,Φ36mm 4 5钢自耗电极自动送进电渣重熔工艺参数对熔池深度h( 0 ,Y) 影响的实验研究 ,得出熔池深度h( 0 ,Y) =A·e-B Y ,式中A、B为工艺参数的函数 ,Y为重熔锭高度。结果表明 ,调整功率工艺 (电流调整级差ΔI 0 .1～ 0 .2kA)重熔时溶池深度h( 0 ,Y) 明显低于等电流重熔工艺的h( 0 ,Y) 值 ,在采用调整功率的重熔过程中熔池深度变化Δh较小 。

电渣熔铸速度对金属凝固组织的影响

采用移动传热边界法及CAFE法,模拟了在不同熔铸速度下铸锭晶粒的生长过程以及二次枝晶臂间距的分布,进而探讨了熔铸速度对铸件凝固质量的影响。结果发现,电渣熔铸过程中,金属熔池的形状决定了柱状晶的生长方向。随着熔铸速度的增加,生长方向与熔池上升方向之间的夹角也增大,这会造成铸件力学性能的降低。二次枝晶臂间距是决定铸件冶金质量的一个重要因素,其是铸件局部冷却速度的函数。随着熔化率的增加,二次枝晶臂间距减小,这有利于减小铸件中的晶内偏析及显微缩孔的产生,从而有利于提高铸件质量。熔铸速度是电渣熔铸过程的主要控制参数,对铸件凝固质量有很大的影响,太高或太低的熔铸速度均会造成铸件凝固质量的降低。

实验室规模和工业规模电渣重熔过程中电磁行为

电渣重熔过程中电磁现象对重熔过程和铸锭的最终质量有着直接的影响。利用数值模拟的方法研究电渣重熔过程中的电磁行为(电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热)。利用文献实测磁场强度验证模型,模拟结果与测量的电渣重熔渣池内的磁场强度吻合良好。研究结果表明:在工业规模电渣重熔过程中,电流的集肤效应更为明显;随着电流频率的增加,靠近电极外表面的电流密度增加;在此基础上,进一步分析实验室规模电渣重熔和工业规模电渣重熔过程的电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热的分布特征。

电渣熔铸渣壳凝固特性研究

在给定工艺条件下,采用＂钢丸填充法＂研究了电渣熔铸的渣壳凝固过程。试验结果验证了电渣熔铸过程中存在渣壳返熔现象,且返熔的渣壳厚度约为一次渣壳厚度的30%~50%。提出了几点改善电渣熔铸件表面质量的关键措施。

电渣重熔的发展及其趋势

简要地回顾了电渣重熔工艺在近几十年的发展与创新。对电渣重熔技术发展过程中的一些重要工艺 ,如快速重熔、保护气氛下的电渣重熔等进行了简单的描述。这些技术在改善传统电渣冶金工艺局限性的同时 ,进一步发挥了电渣重熔的优越性 ,使电渣重熔显示了更宽广的应用前景。并简要地讨论了电渣重熔工艺在 2 1世纪的发展趋势。

电渣重熔体系渣池运动分析及数学模型发展

对电渣重熔过程中渣池运动的驱动力进行了分析，并对电渣重熔体系的数学模型进行了回顾和评价。结果表明，引起渣池运动的因素主要包括渣池中的电磁力和渣池温度不均匀分布而产生的对流运动；电极端部形状对渣池电磁场分布有一定影响，进而影响渣池的运动。

电渣重熔高温合金凝固组织控制的研究进展

对近年来电渣重熔高温合金凝固组织控制的研究进展情况做了总结和归纳,包括重熔精炼过程、凝固过程、数值模拟研究的进展情况,以及近年来发展起来的控制熔池形状的新工艺新技术,如双电流回路电渣重熔技术、电渣重熔连续定向凝固技术等。

电渣重熔对奥氏体钢低温韧性的影响

测定了 77K下 2 2 Mn- 13Cr- 5 Ni- 0 .2 5 N奥氏体钢电渣重熔前后的冲击韧性、氢含量及夹杂物含量 ,并利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究了电渣重熔对该钢低温韧性的影响。结果表明 :电渣重熔使钢中氢和夹杂物含量显著下降 ,有利于抑制 γ→ ε转变 ,减小应力集中 。

电渣重熔体系影响渣池运动因素的解析

对影响电渣重熔体系渣池运动的因素进行了分析与计算 ,同时建立了渣池速度场与温度场耦合的数学模型。计算结果表明 :电磁力是渣池运动的主要驱动力 ;此外 ,渣池温度分布不均匀产生的浮力对渣池运动的影响也很显著 ;而电动力及金属熔滴在渣池中下落产生的摩擦力对渣池运动的影响相对较小。

Incoloy825合金电渣重熔低氟渣系设计的热力学研究

为控制Incoloy825合金中的Al、Ti含量,并减少电渣过程中氟化物的挥发.借助FactSage热力学软件,建立渣−金反应的热力学模型.设计出适宜控制Al、Ti含量的低氟渣系,探究了渣中组元与Al2O3和TiO2活度比的关系,并通过高温渣–金平衡实验进行验证.结果表明:当渣中CaO和Al2O3含量增加,导致lg(a2Al2O3/a3TiO2)值升高,即合金中Ti含量降低,Al含量升高;与此相反,渣中TiO2含量升高,使lg(a2Al2O3/a3TiO2)值降低,即Ti含量增加,Al含量减少;渣中CaF2和MgO含量的增加对lg(a2Al2O3/a3TiO2)的影响较小.合金中Al、Ti含量相差较大时,合金中Ti元素易氧化;Al、Ti含量相差较小时,Al元素易氧化.渣中CaO的质量分数为30%~33%、Al2O3的质量分数为30%~33%、TiO2的质量分数为6%~12%、CaF2的质量分数为20%~30%、MgO的质量分数为1%~5%时,能够有效控制合金中Al、Ti元素含量.

电渣熔铸过程中渣池热电场耦合模拟研究

电渣熔铸过程中的渣池是一个集热场、电磁场、流场等于一体的复杂体系,各种场之间是相互影响的,且整个体系的边界条件非常复杂.本文通过将渣池内的对流传热转化为传导传热问题,在此前提下,对渣池的热电场传输现象进行了分析,同时对自耗电极、渣壳、结晶器、渣金界面等渣池热电传输边界条件作了合理的处理,使用大型有限元分析软件ANSYS对渣池的热电场进行了研究,模拟获得了渣池的电场和温度场分布图,在此基础上研究了两种场的分布特点,同时提出作为熔铸过程中主要产热区的渣池是由高热源区和低热源区所组成的观点,对调整电渣熔铸过程中工艺参数、稳定熔铸过程具有一定的指导意义.

双级串联电渣重熔系统电磁场和焦耳热场研究

以双级串联电渣重熔工艺中电极、渣池和钢锭为研究对象,建立了三维谐波电磁场数学模型,分析了其磁场、电磁力、电流密度和焦耳热功率密度分布.结果表明：对于双电极电渣重熔系统,临近效应占据主导,这和单电极电渣重熔系统集肤效应占主导完全不同.电流密度主要集中在渣内上半部分及两对电极的内侧,并且只有总电流的1/5~1/4流经钢锭;焦耳热的最大值出现在渣中及电极底部内侧.参数研究还发现：当频率大于等于35 Hz时,在电极内部电流密度趋向线性分布;当电极侵入深度增大或渣层的厚度减小时,渣池中焦耳热的最大值增大.

工业过程中一类时变模型的建立与控制方法研究

电渣重熔过程是典型的时变系统．电渣重熔炉冶炼质量高的原因在于过程熔速控制均匀．本文通过现场运行数据采集与仿真分析,详细解析了电渣重熔炉过程中诸多参数之间的相互关系,提出并实现了电渣重熔炉的时变系统模型,并成功的应用于邢台机械轧辊集团铸钢分厂美国康萨克15吨电渣炉技改项目上．通过现场6个月的实际运行,控制效果良好, 部分参数甚至优于原控制系统．

电渣冶金与电渣熔铸在中国的发展

中国电渣冶金起步于1958年,至今所有特殊钢厂均建有电渣冶金车间,拥有工业电渣炉86台,年生产能力10万吨。产品包括优质合金钢与超级合金243个牌号。中国冶金工作者在电渣炉型结构、电渣重熔(ESR)工艺、电渣熔铸(ESRC)异型铸件、制备大钢锭及电渣重熔机理方面取得重大成就,成果得到国外同行认可。

GCr15SiMn钢LF精炼渣系脱硫研究

通过钼丝高温电阻炉采用正交实验法研究了LF精炼渣系的成分对高碳铬轴承钢GCr15Si Mn脱硫的影响。结果表明,随着碱度由3增至5时,精炼渣对钢液的脱硫率增加;随着Ba O从5增加到13,Al_2O_3从17增加到27,CaF_2从0增加到8时,精炼渣的脱硫率均呈先增加后降低趋势。钢液最佳脱硫效果的LF精炼渣组成为:4~5R,8%~10%Ba O,20%~22%Al2O3,3%~4%Ca F2,8%MgO。

电渣冶金的发展历程、现状及趋势

介绍了国内外电渣冶金的发展历程及国内电渣冶金的起步与发展.其中,我国研究者在电渣重熔去夹杂机理方面的研究有独到的观点,百吨级电渣炉在低氢、低铝及凝固控制方面技术领先.在总结了电渣冶金优越性及局限性的基础上提出了电渣冶金在材料领域中的发展前景.

Cr20Ni80电热合金电渣重熔数值模拟

采用ANSYS软件中的热电耦合单元,研究了电渣重熔过程中熔铸电流、冷却系数及渣池深度对金属熔池温度分布的影响。采用ProCAST软件中的CAFE模块模拟了铸锭的微观组织,并将模拟结果与实际实验的微观组织进行了对比。结果表明:随着电流的增加整体温度逐渐上升;随着冷却系数以及渣池深度的增加,熔池温度逐渐降低,熔池深度逐渐变浅。实际生产与软件模拟的Cr20Ni80电热合金组织都由表层细晶区、柱状晶区以及等轴晶区3部分组成,且晶粒大小相近,说明模拟结果与实验结果具有一定的吻合性。

电渣重熔用CaF_2＋Al_2O_3和CaF_2＋Al_2O_3＋CaO系熔渣传氧的研究

利用ＺｒＯ_２固体电解质氧浓差电池测定了电渣重熔用ＣａＦ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３和ＣａＦ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯ系熔渣的氧渗透率，考察了熔渣成分及温度对熔渣传氧性能的影响．在１６７３—１８７３Ｋ和０．１ＭＰａ的氧气氛下，侧得这两个渣系熔渣的氧渗透率分别为１×１０－（２０）—６×１０－（１９）和１×１０￣（２１）—５×１０￣（１８）ｍｏｌＯ_２·ｃｍ￣（－１）·ｓ￣（－１）；随ＭｎＯ_２，Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｃｒ_２Ｏ_３，ＴｉＯ_２，ＣａＦ_２含量和碱度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）的增高，熔渣的氧渗透率增大，ＭｎＯ_２和Ｆｅ_２Ｏ_３的影响尤为显著；随温度的升高，熔渣的氧渗透率增大，且可按速率过程来处理ＣａＦ２基多元复杂熔渣的传氧过程。

电渣熔铸过程渣池深度对钢锭应力场影响的模拟研究

针对电渣熔铸钢锭各部位温差大,易产生热应力及测量困难,本文采用大型有限元分析软件ANSYS对电渣熔铸过程中不同渣池深度时的钢锭应力场进行了模拟研究,研究结果表明不同渣池深度时的钢锭表面沿轴向自顶而下等效应力和轴向应力分布均基本遵循对数函数关系。模拟结果与实际相吻合,运用此模型可预报钢锭应力场状况,指导实际生产。